0 引言
相比叠后亮点技术，叠前AVO技术充分考虑地震振幅随偏移距的变化规律，提取的属性参数对流体信息更加敏感，可以有效减少油气检测的多解性，避免特殊岩性体导致的假亮点陷阱[4]。Ostrander[5]最早提出了利用反射系数随入射角变化识别亮点型含气砂岩，克服了传统亮点技术的缺陷。鉴于Zoeppritz方程难以直接用来分析各弹性参数对反射系数的影响，Aki等[6]假设界面两侧弹性性质相差较小条件下，给出了与速度和密度相对变化有关的反射系数近似公式；Shuey[7]推导了泊松比表示的近似式，指出反射系数受界面两侧泊松比之差影响，并提出了梯度和截距的概念；Smith等[8]提出用加权叠加方法估计流体因子和检测气层，实现了AVO对流体性质的检测；为了更好利用AVO属性来识别地层岩性和烃类检测，Rutherford等[9]建立了3类含气砂岩模型，并把AVO异常分为3类，Castagna等[10]后来又将其推广至4类AVO异常；Goodway等[11]利用拉梅常数、弹性模量推导的近似反射系数公式进行岩性识别和油气检测； Kelo等[12]在AVO分析中运用极化方法来识别异常体。在国内，郑晓东[13]提出了幂级数简化反射系数公式；李景叶等[14]从近似式出发，推导出利用多波时移的AVO反演油藏含油饱和度和压力变化的方程；印兴耀等[15]基于Zoeppritz方程近似式，提出直接从弹性波阻抗数据体中提取流体因子进行流体识别的方法。但随着面临的储层类型越来越复杂，AVO在含气砂岩识别上也存在特殊岩性的陷阱，因此亟需探索不同弹性参数对含气砂岩和特殊岩性的AVO特征的影响，以此避免特殊岩性体的勘探风险。
本文主要从Zoeppritz方程出发，根据Aki-Richards近似简化方程分析了纵横波速度及密度变化对AVO反射系数的贡献值影响，进而从本质上分析不同弹性参数变化对亮点型目标的III类、IV类AVO的变化规律。在此基础上结合东方区岩石物理统计规律及其拟合关系，建立东方区AVO的截距和梯度随埋深的变化规律模版，并发现横波速度是影响AVO类型的先决条件。最后对于相同AVO类型的低速泥岩和含气砂岩，分析了其AVO类型的变化特点，这里低速泥岩IV类AVO异常较含气砂岩更为明显，为有效区分低速泥岩和含气砂岩，结合岩石物理分析和叠前同时反演可以有效剔除低速泥岩陷阱的影响，为东方区储层预测和烃类检测提供重要技术支撑。
1 纵横波速度及密度变化对AVO的影响
当平面简谐波入射两层半无限弹性介质的分界面上时，产生反射纵波、透射纵波、转换反射纵波和转换透射横波，因此反射系数并不是简单的由界面上下介质的波阻抗关系求取，Zoeppritz方程很好地描述了弹性纵波在介质分界面上的反射和透射问题，则其方程具体表示如下：
式中：Vp 1、Vs 1、ρ 1和Vp 2、Vs 2、ρ 2分别为界面上下纵波速度，m/s、横波速度，m/s、密度，kg/m3；θ 1、θ 2、φ 1、φ 2分别为纵波入射、透射角、横波反射、透射角；Rpp、Rps为纵横波反射系数；Tpp、Tps为纵横波透射系数。
Aki-Richards假设相邻地层弹性参数变化较小条件，即ΔV p /ΔV p、ΔV s /Vs、Δρ/ρ和其他值相比为小值，所以可略去它们的高次项，将Zoeppritz方程进一步简化，得到了纵波反射系数近似方程：
这里：
式中： 为反射界面纵波速度变化量； 为反射截面纵波速度平均值； 表示反射界面密度的变化量； 为反射界面密度平均值； 为反射界面横波速度变化量； 为反射界面横波速度平均值。
对密度、速度变化量分别进行合并同类项，可以得到纵波反射系数随密度、速度的变化率相对关系，即：
其中：密度项系数表示为 ，纵波速度项系数表示为 ，横波速度项系数表示为 。
由上式可以看出，AVO反射系数主要可分成密度、纵波速度和横波速度变化率贡献，其弹性参数相对变化关系对比如图1所示。通常砂岩密度小于泥岩密度，因此对于密度项系数始终为负值（角度0o~45o范围），并随着入射角的增大，密度项系数绝对值越来越小，在大角度影响作用大。其次对于纵波速度项系数取决于上下地层纵波速度相对关系，当上覆地层纵波速度大于下伏地层纵波速度时，其纵波速度项系数为负值，随角度的增加纵波速度项系数绝对值越来越大；反之，纵波速度项系数为正值，随角度增加其贡献数值越来越大，纵波速度在法向入射角影响较大。而横波速度对AVO反射系数贡献度也取决于上下地层横波速度相对关系，其横波速度项系数同纵波速度规律正好相反，主要对AVO中远角度影响较大。因此AVO反射系数是密度、纵波速度和横波速度相对变化的综合响应结果，只是对于不同角度范围，各个弹性参数的贡献程度各不相同。
通常在中浅层含气砂岩AVO多以III类和IV类亮点型储层为主，含气砂岩往往表现为低纵波速度、低密度的岩石物理特征，因此AVO反射系数的贡献度均属于纵波速度和密度小于上覆地层的情况，密度项贡献度为负值，随着角度增加绝对值逐渐减小，纵波速度项贡献度为负值，随着角度增加其绝对值逐渐增加，这时AVO类型就取决于上下地层横波速度的相对关系（图2）。当上覆地层横波速度小于下伏地层横波速度时，横波速度变化率对反射系数贡献为负值，随着角度的增加，其绝对值越来越大，AVO整体表现为III类AVO现象；当上覆地层横波速度大于下伏地层横波速度时，横波速度变化率对反射系数贡献为正值，随着角度的增加，其值越来越大，AVO整体则表现为IV类AVO现象。
2 南海某气田实例研究
在分析不同弹性参数相对变化对AVO反射系数影响的基础上，本文以东方区为例对该区上中新统黄流组含气砂岩AVO变化规律进行分析。东方区上中新统黄流组含气砂岩相对泥岩表现为低速、低密、低阻抗的岩石物理特征（图3），其中图中深度范围均属黄流组。在黄流组浅层，砂岩纵波速度和密度相对泥岩差异较大，气水差异相对明显；随着埋深增加，砂岩纵波速度和密度与泥岩差异减小，气水差异相对略小；而横波速度随深度变化较大，在黄流组浅层，砂岩横波速度大于泥岩横波速度，随着埋深的增加，砂岩横波速度小于泥岩横波速度，由于横波速度不受流体影响，气水差异整体较小。
通过岩石物理统计分析，该区纵波速度和密度对AVO反射系数的贡献只有一种情况：在纵波速度贡献度方面，上覆盖层纵波速度大于下伏地层纵波速度，纵波速度对AVO反射系数贡献值为负值，并且随着角度增加，其绝对值逐渐增加；在密度贡献度方面，上覆盖层密度大于下伏地层密度，密度对AVO反射系数贡献值也为负值，并且随着角度增加，其绝对值逐渐减小。而该区横波速度对AVO反射系数的贡献有2种情况：当上覆盖层横波速度小于下伏地层速度，横波速度对AVO反射系数贡献值为负值，并且随着角度增加，其绝对值逐渐增加，这时含气砂岩AVO往往表现为III类AVO异常；当上覆地层横波速度大于下伏地层速度时，横波速度对AVO反射系数贡献值为正值，并且随着角度的增加，其贡献值逐渐增加，这时含气砂岩AVO表现为IV类AVO异常（图4）。因此，横波速度是影响该区含气砂岩III类、IV类AVO响应特征的主要因素。
为了有效区分低速泥岩和含气砂岩的IV类AVO异常，首先通过该区岩石物理分析发现，低速泥岩和含气砂岩都表现为低阻抗特征，在叠后地震剖面上都表现为强振幅波谷特征，这就给该区利用亮点技术发现油气藏带来一定困难[图7（a）]。但相对于含气砂岩，低速泥岩表现为高纵横波速度比特征，含气砂岩表现为低纵横波速度比特征[图7（b）]，这就为利用叠前同时反演区分低速泥岩和含气砂岩提供了有效的解决途径。通过X-4井—X-6井叠前同时反演的纵横波速度比发现（图8），X-4井目的层表现为低纵横波速度比异常特征，而X-6井目的层段表现为高纵横波速度比异常特征，为低速泥岩概率的可能性较大，因此对于东方区低速泥岩陷阱，借助叠前反演的纵横波速度比可以有效降低该区勘探风险，为该区的储层预测和烃类检测提供重要技术支撑。
3 结论
(1) 首先根据Aki-Richards近似公式，分析了不同纵横波速度及密度相对变化对AVO反射系数的影响，密度在大角度影响作用大，纵波速度在法向入射角影响较大，而横波速度对中远角度影响较大。
(2) 通过对东方区岩石物理趋势拟合，明确了东方区黄流组含气砂岩随深度的变化规律，其中横波速度是影响该区含气砂岩III类、IV类AVO响应特征的主要因素，若盖层为硬质泥岩，则含气砂岩表现为IV类AVO特征；相反则表现为III类AVO特征。
(3) 对于相同类型的低速泥岩和含气砂岩，可以借助叠前同时反演的纵横波速度比进行区分，通过反演证实该技术方法的有效性，为东方区储层预测和烃类检测提供重要技术支撑。
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